適用於液體浸潤式微影中的具抗腐蝕層的接物透鏡的製作方法
2023-09-16 07:32:20 2
專利名稱：適用於液體浸潤式微影中的具抗腐蝕層的接物透鏡的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於微影系統的透鏡，特別涉及適用於液體浸潤式微影製程的接物透鏡。
背景技術：
半導體積集電路產業歷經了快速的成長。由於積集電路在材料與設計上的進步，已經創造出了許多不同代的積集電路，而且每一個代都比先前代具有更複雜的電路。然而這些進步也增加了積集電路製造與製程的複雜性，同樣地，積集電路的製造與製程需要有相同程度的發展以實現以上所述的進步。
半導體積集電路產業的成長由摩爾定律所驅動，內容提到「最小組件的複雜度每年以大約2的比率增加」。在此一積集電路的演進過程中，功能密度(例如，每單位晶片面積中內連線組件的數量)逐漸增加，而特徵尺寸(例如，使用建構製程所能創造出的最小組件與線路)逐漸降低。此縮小化的製程一般會提供生產效率增加與成本降低的好處。
微影製程的進步以及其更小尺寸的印刷能力是促使特徵尺寸持續不斷縮小化的因素之一。在光微影系統的中微小化特徵尺寸某個程度決定於與光繞射有關的波長以及光所穿過的介質。因此降低特徵尺寸與增加解析度的方法之一就是使用短波長的光。另一個方法是在基材與透鏡之間使用其它介質而非空氣。由於介質的折射率(以n表示)大於1，在介質中光的波長就會以n的比率變短。由此可改進解析效果。
使用非空氣介質以增進解析效果的方法被稱為浸潤式微影。依據置入的介質種類，浸潤式微影可以區分為固體浸潤式微影與液體浸潤式微影。然而，在液體浸潤式微影中，微影製程所使用的光學透鏡與所使用的浸潤液體之間會有化學作用產生。此化學作用可能會損害光學系統並且降低系統的解析度。
發明內容
本發明提供一種適用於液體浸潤式微影製程中接受一給定波長的光線照射的一透鏡，該透鏡至少包括
一透明基材；以及一抗腐蝕層，形成並鄰接於該透明基材，其中該抗腐蝕層位於該液體浸潤式微影製程所使用的液體與該透明基材之間，以保護透明基材免受浸潤液體的腐蝕。
本發明還提供一種建構適用於液體浸潤微影製程中具有抗腐蝕層的接物透鏡的方法，該方法至少包括製備第一透鏡組件的一表面；以用於液體浸潤式微影製程所使用的液體為考量基準，選擇一材料以用於抗腐蝕層，其中該抗腐蝕層與該液體的化學反應速率每小時小於10-5；在該第一透鏡組件的該第一表面形成該抗腐蝕層；以及組裝該第一透鏡組件與其它透鏡組件形成該接物透鏡。
本發明還提供一種在液體浸潤式微影製程中使用具有抗腐蝕層的接物透鏡圖案化半導體基材的方法，該方法至少包括以用於液體浸潤式微影製程中所使用的液體作為選擇基準，選擇具有特殊抗腐蝕層的一接物透鏡；在該接物透鏡與該下方基材中間注入該選定的該液體，其中安裝該接物透鏡以使抗腐蝕層剛好與該液體接觸；以及照射該接物透鏡，用以在該下方基材上執行微影製程。
由以下詳細的細節描述配合相關的圖例可以清楚理解本發明所揭露的內容。必須強調的是，根據此一產業的標準常規，所有圖標都未依照比例繪示。事實上，為了清楚標示起見，不同圖標都有可能被任意放大或縮小。
圖1繪示使用具有抗腐蝕表層的接物透鏡的液體浸潤式微影系統的範例結構示意圖；圖2是根據圖1的具有抗腐蝕表層的接物透鏡的實施例所繪示的結構示意圖；圖3是根據圖1的另一實施例所繪示的結構示意圖，其中接物透鏡具有抗腐蝕層位於一表面並且具有一反反射層位於抗腐蝕表層的反面；圖4是根據圖1的又一實施例所繪示的結構示意圖，其中接物透鏡具有抗腐蝕層與反反射層位於同一表面；圖5是根據圖1的再一個實施例所繪示的結構示意圖，其中接物透鏡具有抗腐蝕層與第一反反射層位於同一表面並且具有第二反反射層位於抗腐蝕層與第一反反射層的反面；圖6是繪示一製造具有抗腐蝕層的透鏡組件的方法流程圖；以及圖7是繪示一使用具有抗腐蝕層的透鏡的方法流程圖。
具體實施例方式
本發明揭露使用在微影系統中的光學透鏡，特別是用於液體浸潤式微影製程的接物透鏡。然而值得注意的是，為了展現本發明不同的樣貌，以下所揭露的內容將提供許多不同的實施例與範例。而組織與安排的特定案例是為了簡單地揭露本發明的內容。這些都只作為範例並不用來限制本發明。除此之外，本發明的內容之中會在不同的案例中會重複相同的參照號碼或字母。重複參照這些號碼與字母是為了簡單清楚地敘述起見，並不用來限定文中所討論的不同實施例與構造之間的關係。
請參照圖1，在本發明的一個實施例中，液體浸潤式微影系統100包括光源110，照射系統120(例如聚光器)，光罩130以及接物透鏡140。可以在浸潤式微影系統100中使用浸潤液體150以協助形成半導體基材160上圖案。
光源110可以是任何一種合適的光源，例如光源110可以是具有波長436nm或365nm的水銀燈；波長248nm的氟化氪準分子雷射；波長193nm的氟化氬準分子雷射；波長157nm的氟準分子雷射；或者是其它具有波長小於大約100nm的光源。
在波長小於157nm的微影系統之中，不同的系統零件顯現出高度的吸旋旋光性，這些問題可以運用反射光學技術加以解決。然而這些光學技術又會引發其它的挑戰。在微影製程中，當解決了有關波長小於157nm的一些問題之後，便可以使用浸潤式微影來縮小特徵尺寸。必須注意的是，以上所述的光源都個別具有特定的波長分布與線寬而非切確的單一波長。例如，水銀燈I-line(例如，365nm)的波長並非確實為365nm，而是波長在大於或小於356nm的範圍之內，而波長範圍的中心位置為365nm。此範圍可以用來決定微影製程中可能的最小線寬，較小變異的指定波長365nm會形成較小的線寬。
照射系統120(例如聚光器)包括單一透鏡或包括具有多個透鏡或其它透鏡零件的透鏡系統。例如，照射系統包括微小透鏡數組(Microlens Array)，蔭蔽屏蔽(Shadow Mask)，或其它設計用來將光線由光源110導入光罩130之上的輔助結構。
光罩130包括透明基材和吸收層。透明基材用相對無瑕疵的熔融二氧化矽，例如高硼矽酸鹽玻璃與碳酸鈣玻璃。吸收層則由數個不同材料經由不同的製程所形成，例如沉積氧化鉻與氧化鐵金屬層，或者沉積矽化鉬、矽酸鋯、氮化矽與/或氮化鈦等無機層。將吸收層圖案化使其具有一個或多個開口，光線可以穿過此開口而不被吸收層所吸收。
接物透鏡140包括單一透鏡或多個透鏡組件繪示如170、172、174。每一個透鏡組件包括透明基材，以及在每一個透鏡組件上至少有一個表面具有反反射層。此透明基材可以是傳統的接物透鏡材料，也可以是由熔融的二氧化矽、氟化鈣、氟化鋰或氟法鋇所組成。每一個透鏡組件的材料的選擇都是以微影製程中所使用的光線的波長作為選擇基準以減少透鏡組件對光的吸收與散射。
至少會有一個透鏡組件同時具有抗腐蝕層，以降低或防止接物透鏡140在浸潤液體150之中遭到腐蝕。假如浸潤液體150具有腐蝕性，透鏡組件170則需具有非對稱的抗腐蝕層。例如，透鏡組件170在一表面上具有反反射層並在鄰接或接觸浸潤液體150的表面具有抗腐蝕層。在這一個實施例之中，接物透鏡140的透鏡組件170可以直接與浸潤液體150接觸。依照光學品質以及與半導體基材160的兼容性來選擇浸潤液體150。例如選擇可以將化學作用、光學散射與光吸收最小化，且在微影製程中相對低氣泡以及熱穩定的浸潤液體150。如同及其它液體，純水可以是選項之一。
半導體基材160可以是包括基本半導體、混合半導體以及合金半導體或其它如上述材料的混合物的晶圓，其中基本半導體包括例如結晶矽、多晶矽、非晶矽、鍺以及鑽石；混合半導體包括，例如碳化矽、砷化鎵；以及合金半導體包括，例如矽鍺、磷砷化鎵、砷化鋁鎵、砷化銦鋁以及砷化銦鎵。
請參照圖2，圖2是根據圖1中透鏡組件170的實施例所繪示的透明基材210以及抗腐蝕層220。透明基材210可以是傳統的接物透鏡材料，也可以是包括熔融的二氧化矽、氟化鈣、氟化鋰、氟法鋇或其它材料。在一些實施例中材料的選擇是以微影製程中所用的光線的波長作為考量基準。
抗腐蝕層220可以直接形成於透明基材210之上或只與基材210鄰接(假如有中介層存在)。選擇可以完全貼附於透明基材210之上，且可以讓微影製程中所使用的光線穿過，並在浸潤液體150之中具有穩定的化學性質者作為形成抗腐蝕層220的材料。值得注意的是，此材料可以依照個別微影製程所使用的浸潤液體的種類加以改變。在此案例之中，所謂化學穩定度是指抗腐蝕層220與浸潤液體150之間的反應速率小於每小時10-5，而所謂的化學反應速率的定義為抗腐蝕層每小時的厚度減少量。抗腐蝕層220在浸潤液體150中的化學穩定度可使抗腐蝕層保護接物透鏡140的透鏡組件170免於浸潤液體的損害。因此當延長接物透鏡140的壽命可以保持微影製程的解析度。
在一個實施例中，當透明基材由氟化鈣、氟化鋰或氟化溴所組成時，可以使用二氧化矽當作抗腐蝕層220。而二氧化矽適合以水當作浸潤液體150。其它可以用於抗腐蝕層220的材料包括氧化銦錫、聚合物以及光阻劑的非光敏感樹脂。
在本實施例中，抗腐蝕層220的厚度小於1,000μm，而且抗腐蝕層220的表面平坦度必須控制在表面變異程度低於微影製程中所使用的光線的波長的一半。在一些實施例中，抗腐蝕層220的厚度範圍可以增加到接近1mm，使抗腐蝕層220同時具有反反射與抗腐蝕的雙重功能。抗腐蝕層220的沉積可以使用旋塗法、化學氣相沉積法、原子層沉積法、物理氣相沉積法，例如濺鍍與蒸鍍或磊晶生長來加以完成。
請參照圖3，圖3是根據透鏡組件170的另一個實施例繪示透明基材210、抗腐蝕層220以及反反射層310。在本實施例中，反反射層310鄰接於透明基材210上，且位於抗腐蝕層220反面的位置。反反射層310具有多層結構或漸層結構，其折射係數會逐漸改變以符合相鄰物質的折射係數。反反射層310可以使用有機物、複合物以及金屬材料或上述材料的混合物加以塗裝，其中有機物至少包含一個氫、碳與氧；複合物包括，氟化鎂、氧化矽、氧化鉻、氧化銦錫、二氧化矽、氮化矽、氧化鉭、氧化鋁、氮化鈦與氧化鋯；金屬材料包括，例如鋁、銀、銅與銦。
請參照圖4，圖4是根據透鏡組件170的再一實施例繪示透明基材210、抗腐蝕層220以及反反射層410。在本實施例中，反反射層410位於透明基材210與抗腐蝕層220之間。反反射層410具有多層結構或漸層結構，其折射係數會逐漸改變以符合相鄰物質的折射係數。反反射層410可以使用有機物、複合物以及金屬材料或上述材料的混合物加以塗裝，其中有機物至少包含一個氫、碳與氧；複合物包括，氟化鎂、氧化矽、氧化鉻、氧化銦錫、二氧化矽、氮化矽、氧化鉭、氧化鋁、氮化鈦與氧化鋯；金屬材料包括，例如鋁、銀、銅與銦。
請參照圖5，圖5是根據透鏡組件170的又一實施例繪示透明基材210、抗腐蝕層220以及兩個反反射層310、410。在本實施例中，反反射層310鄰接於透明基材210之上，且位於抗腐蝕層220的反面位置，而反反射層410位於透明基材210與抗腐蝕層220之間。反反射層310、410兩者或兩者其中之一具有多層結構或漸層結構，其折射係數會逐漸改變以符合相鄰物質的折射係數。且反反射層310、410兩者或兩者其中之一可以使用有機物、複合物以及金屬材料或上述材料的混合物加以塗裝，其中有機物至少包含一個氫、碳與氧；複合物包括，氟化鎂、氧化矽、氧化鉻、氧化銦錫、二氧化矽、氮化矽、氧化鉭、氧化鋁、氮化鈦與氧化鋯；金屬材料包括，例如鋁、銀、銅與銦。
請參照圖6，在另一個實施例中，使用方法600以建構圖1所繪示的接物透鏡140或透鏡組件，例如圖2至圖5所繪示的透鏡組件170。在本實施例中，方法600是繪示圖3相關的透鏡組件170。步驟610製備透鏡組件170的一表面。製備過程包括一系列的研磨、清潔程序並且可能使用機械、化學與/或其它表面處理的方法。
在步驟620之中，抗腐蝕層(例如，圖3的抗腐蝕層220)材料的選擇，是以浸潤透鏡組件170的浸潤液體以及透鏡組件170的材料兩者或兩者之一為選擇基準。例如，假如透鏡組件170包括氟化鈣、氟化鋰或氟化溴，且用水來當作浸潤液體，可以選擇二氧化矽當作抗腐蝕層。其它可以用於抗腐蝕層的材料包括氧化銦錫、聚合物以及光阻劑的非光敏感樹脂。
在步驟630之中，抗腐蝕層形成於透鏡組件170之上，抗腐蝕層可以直接形成於透明基材之上或只與透明基材鄰接(假如有中介層存在)。選擇可以完全貼附於透明基材之上，且可以讓微影製程中所使用的光線穿過，並在浸潤液體150中具有穩定的化學性質者作為形成抗腐蝕層的材料。值得注意的是，此材料會依照個別微影製程所使用的浸潤液體不同而有所改變。在此實施例中，所謂化學性質穩定表示抗腐蝕層與浸潤液體之間的反應速率小於每小時10-5，而所謂的化學反應速率的定義為每小時反反射層厚度所減少的量。
在本實施例之中，抗腐蝕層220的厚度小於1,000μm，而且抗腐蝕層220的表面平坦度必須控制在表面變異程度低於微影製程所使用的光線波長的一半。在一些實施例中，抗腐蝕層220的厚度範圍可以增加到接近1mm，使抗腐蝕層220具有反反射與抗腐蝕的雙重功能。採用例如研磨製程平面化所形成的抗腐蝕層。
在步驟640中，反反射層(如圖3所繪示的反反射層310)形成於接物透鏡的透鏡組件170上，與抗腐蝕層位置相反的表面。反反射層具有多層結構或漸層結構，其折射係數會逐漸改變以符合相鄰物質的折射係數。反反射層包括有機物、複合物以及金屬材料或上述材料的混合物，其中有機物至少包含一個氫、碳與氧；複合物包括，例如氟化鎂、氧化矽、氧化鉻、氧化銦錫、二氧化矽、氮化矽、氧化鉭、氧化鋁、氮化鈦與氧化鋯；金屬材料包括，例如鋁、銀、銅與銦。值得注意的是，反反射層可以不使用於透鏡組件170上或者可能在形成抗腐蝕層之前就先形成於相同的表面上(如圖4所繪示)。
在步驟650中，組合具有抗腐蝕層與反反射層的透鏡組件170以及其它透鏡組件以形成接物透鏡。值得注意的是，此組合步驟並不一定為必要。例如，透鏡組件可以單獨使用，或在抗腐蝕層與反反射層兩者或其之一在形成時已經是接物透鏡的一部分。另外與透鏡組件170一起使用的其它透鏡組件可以也可不用具備反反射層或抗腐蝕層。
請參照圖7，方法700繪示圖1至圖5所繪示的接物透鏡170在浸潤式微影製程中的使用範例。在步驟710中，至少某一程度以浸潤式微影製程中所使用的液體作為考量基準，以選擇具有合適抗腐蝕層的接物透鏡。由於抗腐蝕層能保護或減少透鏡受到浸潤液體腐蝕，因此形成抗腐蝕層的材料也成為一個選擇接物透鏡的考量因素。在一個實施例中，浸潤液體具有大於1的折射係數，在給定的波長，例如193μm範圍中具有相對較低的光吸收能力並且能與運用在半導體基材的光阻兼容。加上此浸潤液體化學性質相對穩定、均一、無汙染、不起泡以及熱穩定。例如，純水可以用來當作浸潤液體。更由於溫度會影響浸潤液體的折射係數的飄移，因此需控制浸潤液體的溫度。
在步驟720中，在要圖案化的基材與接物透鏡間注入浸潤液體，將具有抗腐蝕層的接物透鏡接近或接觸浸潤液體。在一些實施例中，接物透鏡至少有一部份會被浸潤液體的表面張力所支撐而固定不動。
在步驟730中，描述在基材上以接物透鏡執行微影製程。照射光線來自于波長436nm(G-line)或365nm(I-line)的水銀燈；波長248nm的氟化氪準分子雷射；波長193nm的氟化氬準分子雷射；波長157nm的氟準分子雷射。例如，波長193nm的氟化氬準分子雷射可以用於液體浸潤式微影製程以增加圖案的解析度。
權利要求
1.一種適用於液體浸潤式微影製程中接受一給定波長的光線照射的一透鏡，其特徵在於，該透鏡至少包括一透明基材；以及一抗腐蝕層，形成並鄰接於該透明基材，其中該抗腐蝕層位於該液體浸潤式微影製程所使用的液體與該透明基材之間，以保護透明基材免受浸潤液體的腐蝕。
2.根據權利要求1所述的適用於液體浸潤式微影製程中接受一給定波長的光線照射的透鏡，其特徵在於該透明基材是氟化鈣、二氧化矽、氟化鋰或及氟化鋇。
3.根據權利要求1所述的適用於液體浸潤式微影製程中接受一給定波長的光線照射的透鏡，其特徵在於該抗腐蝕層包括二氧化矽、氧化銦或與一光阻的非光敏感性樹脂。
4.根據權利要求1所述的適用於液體浸潤式微影製程中接受一給定波長的光線照射的透鏡，其特徵在於該給定光線的波長的中心範圍是248nm或193nm。
5.根據權利要求1所述的適用於液體浸潤式微影製程中接受一給定波長的光線照射的透鏡，其特徵在於該給定光線的波長小於100nm。
6.根據權利要求1所述的適用於液體浸潤式微影製程中接受一給定波長的光線照射的透鏡，其特徵在於該抗腐蝕層表面平坦度的變化小於該給定光線的波長的一半。
7.根據權利要求1所述的適用於液體浸潤式微影製程中接受一給定波長的光線照射的透鏡，其特徵在於該抗腐蝕層與該液體之間具有一化學反應，該反應速率每小時小於10-5。
8.根據權利要求1所述的適用於液體浸潤式微影製程中接受一給定波長的光線照射的透鏡，其特徵在於該抗腐蝕層具有被選擇用來抗腐蝕與反反射的一厚度，其中該厚度小於1000μm。
9.根據權利要求1所述的適用於液體浸潤式微影製程中接受一給定波長的光線照射的透鏡，其特徵在於該透鏡包含一反反射層，該反反射層包括多層結構以及漸層結構。
10.根據權利要求9所述的適用於液體浸潤式微影製程中接受一給定波長的光線照射的透鏡，其特徵在於該反反射層的材料包括有機材料；以及選自於一群由氟化鎂、氧化矽、氧化鉻、氧化銦錫、二氧化矽、氮化矽、氧化鉭、氮化鈦與氧化鋯以及上述材料的任意組合所組合而成的複合材料。
11.根據權利要求9所述的適用於液體浸潤式微影製程中接受一給定波長的光線照射的透鏡，其特徵在於該反反射層鄰接於該透明基材之上，相對於該抗腐蝕層的反面表層；
12.根據權利要求9所述的適用於液體浸潤式微影製程中接受一給定波長的光線照射的透鏡，其特徵在於該反反射層位於透明基材與抗腐蝕層之間。
13.一種建構適用於液體浸潤微影製程中具有抗腐蝕層的接物透鏡的方法，其特徵在於，該方法至少包括製備第一透鏡組件的一表面；以用於液體浸潤式微影製程所使用的液體為考量基準，選擇一材料以用於抗腐蝕層，其中該抗腐蝕層與該液體的化學反應速率每小時小於10-5；在該第一透鏡組件的該第一表面形成該抗腐蝕層；以及組裝該第一透鏡組件與其它透鏡組件形成該接物透鏡。
14.根據權利要求13所述的適用於液體浸潤微影製程中具有抗腐蝕層的接物透鏡的方法，其特徵在於該方法包括在該第一透鏡組件的第二表面形成一反反射層；以及在該接物透鏡的另一個透鏡組件上形成一反反射層。
15.根據權利要求13所述的適用於液體浸潤微影製程中具有抗腐蝕層的接物透鏡的方法，其特徵在於該抗腐蝕層的形成包括沉積一預定厚度的抗腐蝕層材料到，使其具有抗腐蝕及反射的功能。
16.根據權利要求13所述的適用於液體浸潤微影製程中具有抗腐蝕層的接物透鏡的方法，其特徵在於形成該抗腐蝕層的方式包括旋塗製程、濺鍍製程、化學氣相沉積製程、原子層沉積製程、蒸鍍製程以及磊晶製程。
17.一種在液體浸潤式微影製程中使用具有抗腐蝕層的接物透鏡圖案化半導體基材的方法，其特徵在於，該方法至少包括以用於液體浸潤式微影製程中所使用的液體作為選擇基準，選擇具有特殊抗腐蝕層的一接物透鏡；在該接物透鏡與該下方基材中間注入該選定的該液體，其中安裝該接物透鏡以使抗腐蝕層剛好與該液體接觸；以及照射該接物透鏡，用以在該下方基材上執行微影製程。
全文摘要
本發明揭露一種適用於液體浸潤式微影製程的接物透鏡以及製造此種接物透鏡的方法。在一個實施例中，此接物透鏡具有多個透鏡組件，其中一個組件包括透明基材與抗腐蝕層。此抗腐蝕層形成且鄰接於透明基材之上，並且位於微影製程所使用於的液體與透明基材之間，以保護透明基材免於液體的損害。
文檔編號B32B9/04GK1614509SQ20041009028
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月5日 優先權日2003年11月6日
發明者林本堅, 魯定中 申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司